Как ГМО спасает планету и почему люди этому мешают - Анна Витальевна Иванова

Конечно, впереди еще не раз возникнут и новые термины, и новые теоретические вещи. Было бы нечестно пообещать, что дальше ничего такого вы уже не встретите и обмануть в первом же абзаце новой главы. Но все же точно могу ручаться, что следующие главы будут куда более динамичными и прикладными.

Глава 2. Как бактерии становятся суперзлодеями и поступают на службу к биотехнологам

Известно, что это самое высокое из млекопитающих животных обитает во внутренних областях Африки и водится в местах, где почва почти всегда сухая и лишена растительности. Это заставляет жирафа объедать листву деревьев и делать постоянные усилия, чтобы дотянуться до нее. Вследствие этой привычки, существующей с давних пор у всех особей данной породы, передние ноги жирафа стали длиннее задних, а его шея настолько удлинилась, что это животное, даже не приподнимаясь на задних ногах, подняв только голову, достигает шести метров в высоту.

Ж.-Б. Ламарк[57]

2.1. Эх, мне б такой хвост…

Обычно гены передаются от родителей к детям. Не важно, как происходит процесс размножения – переносом спор, почкованием или привычным нам половым способом. Важно одно: одна родительская клетка (или две в случае полового размножения) делится и дает в результате клетки потомство. А значит, передает этим новым клеткам и свои гены. Этот механизм называется вертикальный перенос генов. От родителей к детям – по вертикали поколений.

Противоположностью вертикальному является горизонтальный перенос генов – или передача генетического материала от одного организма другому, не являющемуся его потомком. И долгое-долгое время биологи полагали, что это достаточно редкий процесс. Скорее исключение, чем правило. Но с накоплением геномных данных их взгляд кардинально поменялся. Теперь-то мы знаем, что горизонтальный перенос не просто достаточно частое явление, но мы даже обязаны ему такими судьбоносными для жизни на Земле событиями, как появление кислородной атмосферы в результате фотосинтеза[58].

Конечно, как бы сильно я ни обнималась со своей кошкой, такой же шикарный хвост у меня не отрастет, и вы бы только знали, сколь сильно меня это расстраивает. Для того чтобы произошел горизонтальный перенос генов, потребуется соблюдение условий, о которых мы еще поговорим на страницах этой книги. Эту же главу я полностью посвящаю им – виртуозам горизонтальных манипуляций и верным помощникам многих поколений биологов – бактериям. Короче, пора начинать наш разговор о ГМО.

2.2. Пожалуйста, соблюдайте спокойствие и пристегните ремни, мы падаем

Возможно вы так же, как и я, обожаете разглядывать картинки с динозаврами (или даже бывать в музее, где вместо картинок настоящие скелеты). И тогда вы наверняка помните динозавров с о-о-очень длинными шеями. Например, брахиозавра. В детстве меня очень интересовал вопрос, почему же его шея такая длинная.

«Брахиозавры жили там, где съедобные листья росли очень высоко на деревьях. Так что тем динозаврам, кто рождался с короткой шеей, еды попросту не хватало, в результате чего они могли оставить меньше потомства. Так действовал естественный отбор, оставляя и позволяя размножаться только наиболее приспособленным особям – то есть с наиболее длинными шеями и генами длинношеести, которые они передавали своему потомству», – ответит нам без запинки последователь основателя всей современной эволюционной биологии Чарльза Дарвина. «Просто они очень тянулись к кронам деревьев, чтобы добыть себе листья. Так их шеи со временем становились все длиннее и длиннее», – ответит нам ламаркист, сторонник теории Жана-Батиста Ламарка, долгое время конкурировавшей с дарвиновской[59].

Иными словами, ламаркисты считали, что, если долго мучиться, что-нибудь получится. То есть организмы могут приобрести необходимые им для выживания в неких условиях качества, если будут очень стараться: прыгать с крыши, пока не отрастут крылья, тонуть в реке, пока не образуются жабры. Но так это, разумеется, не работает. Или все-таки…

Оказывается, есть в мире особенно «упрямые» и «целеустремленные» организмы, которые действительно могут «постараться»[60] и приобрести новое свойство. Это бактерии. Да, бактерии подчиняются всем законам эволюции, и при делении старой клетки обе новые получают «в наследство» копии генома клетки родительской, в котором записаны все положенные им свойства. Но есть у бактерий одна ужасно любопытная сверхспособность: они умеют передавать генетический материал от одного организма другому, не являющемуся его потомком. То есть практикуют тот самый горизонтальный перенос.

Помните всех этих героических персонажей из кино, которые в экстремальной ситуации за 5 минут прочитывают руководство пилота и сажают терпящие бедствие самолеты с перепуганными пассажирами? Вот именно так и могут бактерии! Пусть пассажиров им и не спасти, но вовремя достать нужные инструкции – гены – и в короткие сроки научиться по ним работать – синтезировать новый для них белок – очень даже в их силах.

Все дело в необычном строении их генома: в теле бактерии помимо основной кольцевой хромосомы, в которой записана вся главная генетическая информация, есть еще и маленькие (и тоже кольцевые) двуцепочечные молекулы ДНК. Такие молекулы – плазмиды – хранят «дополнительные инструкции». У бактерии может быть от всего нескольких одинаковых плазмид до достаточно обширной и разнообразной «библиотеки».

Когда бактерия попадает в экстремальные для нее условия, ее внутриклеточный аппарат начинает считывать информацию с «нужного тома» в этой «библиотеке». С соответствующего гена соответствующей плазмиды синтезируется требуемый в данной ситуации «инструмент», например некий белок. Благодаря чему бактерия получает какие-то суперспособности. Например, одни плазмиды позволяют бактерии стать патогенной, вторые – дают оружие, которым можно уничтожать других бактерий, третьи – усиливают ее способности к размножению, четвертые – позволяют бактерии «переваривать» несъедобные для нее вещества, пятые делают ее устойчивой к новым условиям…

Примером таких условий является и среда, содержащая антибиотик. Вообще говоря, антибиотики – это оружие, которое изобрели одни бактерии для войны с другими. И как всегда в военном деле, главное, чтобы у нападающих была защита от собственных изобретений. Под такой защитой в мире бактерий можно понимать гены, в которых записаны различные ферменты, позволяющие своего врага уничтожить, изгнать или попросту от него замаскироваться. Однако таскать с собой бронежилет невыгодно в мире без огнестрельного оружия, а кованые доспехи – лишь досадная обуза во вселенной, где нет рыцарских поединков. Для бактерии оборона тоже дается не даром: на ее поддержание приходится расходовать драгоценную энергию. Здесь вполне логично напрашивается поискать какой-то механизм, благодаря которому бактерия могла бы читать нужные гены в определенных опасных условиях и не читать их, когда таких условий вокруг нее нет. Но